华北平原为我国重要的粮食生产基地，精准预测华北平原土壤有机碳密度（Soil organic carbon density, SOCD）的空间分布变化，对于维护区域粮食安全及推动可持续发展具有重要意义。数字土壤制图（Digital Soil Mapping, DSM）作为一种有效的手段，通过选择合适的协变量能够有效地模拟土壤有机碳密度的空间分布。以华北平原为研究区域，采用支持向量机模型（SVM）、XGBoost模型和随机森林模型（RF）分别进行建模，综合多源环境变量作为输入因子，探明SOCD的空间分布特征，同时引入物候变量补充损失的气候信息以及气候特征，探究物候变量对SOCD空间分布预测的影响程度。结果表明：地表温度类变量是影响该地区SOCD空间分布的关键因素。引入物候变量后，SVM、XGBoost和RF模型预测精度均呈现上升趋势，其中RF模型精度提升约12%，XGBoost提升约16.4%，SVM提升约12.2%。引入物候变量改进的RF模型的预测精度最高，R2为0.475。从SOCD的空间分布特征来看，呈现南部、北部较高，中、东部较低的趋势，南部的SOCD含量最为集中。该研究突出了物候变量对土壤有机碳密度含量空间分布的显著影响，并为未来研究提供了新的视角与方法。

为探究赣南丘陵区脐橙种植对土壤团聚体稳定性及有机碳特征的影响，选取1 a、4 a和15 a的脐橙种植林为研究对象，辅以当地针阔混交林为对照（CK），研究不同种植年限脐橙林土壤团聚体及有机碳演变规律。结果表明，与CK相比，1 a脐橙林土壤平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、>0.25 mm水稳性团聚体含量（WR _0.25）分别下降了42.79%~58.98%、46.88%~62.88%、25.50%~34.59%，三者随种植年限增加总体呈递增态势，团聚体破坏率（PAD _0.25）和可蚀性因子（K）表现为相反的变化趋势；不同种植年限脐橙林各粒径团聚体有机碳含量均低于CK，总体表现为CK>15 a>1 a>4 a；土壤团聚体有机碳含量与MWD、GWD呈极显著正相关（P<0.01），与WR _0.25呈显著正相关（P<0.05）。综上所述，在针阔混交林改造成脐橙林初期，土壤团聚体稳定性和有机碳含量显著降低，随种植年限增加，土壤团聚体稳定性呈逐年恢复趋势；提高有机碳含量有助于增加土壤团聚体稳定性。

作物的三维形态和生理指标可以反映自身生理干旱特征。为探究受水分胁迫作物的植株形态变化、叶面温度变化及空间分布特征，利用红外热成像与激光三维表型耦合法，开展水分胁迫条件下菜苔形态、叶气温差和垂向温度偏离指数研究。结果表明，植株平均高度与叶气温差均呈现先快后慢的降低趋势；基于红外温度与三维点云的融合数据集，提出垂向温度偏离指数，该指数在水分胁迫中呈现先缓慢后大幅度升高的变化趋势，与植株含水率具有较好的吻合度，大于1.5时菜苔已产生不可恢复的生理损伤，实现对作物水分胁迫状态的快速评估与预警。

为进一步探析高地下水位及冬灌效应下弧形坡脚梯形渠道冻害机理及过程，以宁夏引黄灌区秦渠为原型，基于COMSOL软件建立水热力耦合模型，并开展了与实测数据对比分析。结果表明：数值模拟与2 a原型监测的温度、水分、位移场分布规律较为一致，验证了数值耦合模型的合理性；在高地下水位埋深1.0 m工况下，冻结期内铺设苯板较无苯板在冻深表现、水分迁移、冻胀变形分布上均存在一定程度改善，以改善下截面应力分布程度最优；铺设6 cm苯板较无苯板仅能有效提升基土20 cm水热分布，仍需合理增设厚度，且应继续深化冻深范围内渠底、阴坡侧非等厚差异化抗冻胀结构设计以及考虑冬灌渗漏补给的数值耦合模型研究。

为研究渠道衬砌对渠系水利用系数的影响，在考斯加科夫公式积分的基础上，考虑衬砌影响推导出改进的渠道水利用系数公式。以甘肃省盈科灌区为例，根据实测资料设置了6种不同的衬砌情景，利用改进公式模拟计算了典型渠道各情景的渠道水利用系数及渠系水利用系数。改进公式表明：渠道水利用系数与渠道衬砌率呈幂指数关系；衬砌上游段比衬砌下游段的输水损失小，渠道水利用系数大。灌区计算结果表明：不同衬砌形式中折减系数小的混凝土衬砌形式，渠系水利用系数更大；随着灌区渠道衬砌率的提高，渠系水利用系数平均增长率为23％；当三级渠道全部衬砌时，渠系水利用系数达到0.917；若只有单级渠道衬砌，斗渠衬砌时渠系水利用系数最大，虽然干渠衬砌时渠道水利用系数增长量最大，但典型渠道中干渠渠道长度最长，衬砌的资金量也大，故衬砌优先选择斗渠。

探究多级沉沙池过滤级数对高浓度黄河泥沙沉降的影响，明晰多级沉沙池的沉沙原理，明确多级沉沙池适宜运行工况和适宜布置级数。针对多级沉沙池对高浓度黄河泥沙的去除，设计了8级过滤沉沙池，选取黄河干渠淤积细颗粒泥沙配置浓度为8.5 kg/m³的含沙水流，在3种运行流量下（20、40、60 m³/h）开展原型沉沙试验，分析过滤级数对高浓度细颗粒黄河泥沙的沉降效果。3种运行流量下，8级沉沙池出口泥沙含量为0.80~1.36 kg/m³，泥沙去除率为84.13%~90.73%，出口泥沙粒径D ₉₀、D ₅₀、D ₁₀分别为39.87~45.36、19.92~24.50、2.86~3.97 μm；1~4级沉沙池约有76.84%~84.78%的泥沙发生沉降，发挥主要沉降作用，5~8级沉沙池仅有5.95%~7.29%泥沙发生沉降，发挥次要沉降作用，这是由于泥沙在上一级沉沙池发生沉降后，下一级沉沙池对泥沙的沉降难度增大引起的；同时4~5级通过溢流堰连通，第5级沉沙池进口水流为第4级末端表层水流进一步加大了4~5级沉沙池沉降泥沙的难度。研究表明，针对粒径范围0~350 μm，浓度8.5 kg/m³左右的泥沙，在20、40、60 m³/h流量下沉沙池模型适宜的过滤级数分别为4级、5级、6级，适宜运行流量为20 m³/h。

在实际情况中灌区配水条件不是一成不变的，灌区供水流量的变化以及水流运动时间的大小对配水方案的制定和渠道精准配水有着重要影响，因此需要建立相应的模型进行优化渠系配水。考虑到灌区供水流量实时变化以及水流运动时间对配水方案的影响，建立了基于水力响应时间的实时优化配水模型。当供水流量变大或变小时，模型提供2种配水方式：方式1为优先调节流量，再调节配水渠道数量；方式2为增加或减少下级配水渠道的数量。模型以各配水支渠的配水流量、开始配水时间和结束配水时间为决策变量，以配水历时最短和渠道输水损失最小为目标函数，通过精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）进行求解。结果表明：2种方式的配水流量均在流量上下限之间，满足配水要求，响应时间的计算提供了更精准的配水时间；方式1可以保证所有渠道不间断配水，但出现了部分渠道配水流量较小的情况，配水历时为128.66 h；方式2中所有渠道均大流量配水，且配水流量大小能保持稳定，配水历时为122.13 h，但部分渠道会中断配水。水力响应时间的灌区实时渠系优化配水模型能够在供水流量变化时提供配水方案，方式1比方式2的配水流量波动大，渠道输水损失大，且配水时间多6.54 h。2种方式都考虑了水力响应时间对配水方案的影响，从而增加配水时间的准确性，可为灌区的配水工作提供指导。

为探究大棚草莓最优加气滴灌制度，于2022年10月-2023年3月在江苏省句容市草莓大棚开展试验研究。设置常规地下滴灌（CK）和加气地下滴灌（A）2种灌水方式，制定了不同生育阶段（现蕾期、开花期、果实膨大期）组合加气滴灌试验，共8个处理，研究不同生育时期加气对草莓生长、产量及果实品质的影响。引入AHP层次分析法和熵权法对草莓产量及果实品质指标组合赋权，采用TOPSIS优劣解距离法构建综合评价体系。结果表明，加气滴灌对大棚草莓的产量和品质均影响显著（P<0.05），A3处理（果实膨大期加气）产量最高，为26.75 t/hm²，较CK提高123.85%。A4处理（现蕾期和开花期同时加气）草莓维生素C、可溶性糖、可溶性固形物、糖酸比均为最高，草莓总有机酸最低。TOPSIS综合评价结果为A4处理得分0.64分，排名第一。因此，现蕾期与开花期同时加气为兼顾草莓产量与品质的最佳加气滴灌方案。

茶园喷灌水肥一体化的肥液液滴撞击茶树叶面时，冠层对养分的截留可实现茶树根系与叶面的双重吸收，有助于提高肥液利用率，但施肥浓度不当会带来叶面灼伤风险。对肥液液滴与茶树叶面撞击作用机理、作物冠层截留和叶面吸收与灼伤等3方面研究进展进行综述，提出应采取理论研究、数值模拟和试验验证相结合的方法深入研究肥液液滴与茶树叶面的撞击、截留和吸收机制，尤其是对于一端固定的悬挂式叶面的液滴撞击这一复杂的耦合运动过程；综合考虑撞击机理、冠层截留、叶面吸收与灼伤的影响规律，提出建立冠层截留肥量预测模型和截留肥量调控机制，为制定茶园喷灌水肥一体化施肥制度提供理论依据，促进喷灌施肥灌溉技术良性发展。

为探究不同水肥和冠幅控制条件下挂果枝管理对于退耕压砂地枣树光合特性和产量的影响规律。采取四因素三水平的正交实验设计，分析水、肥、挂果枝与冠幅4个因素对压砂地枣树生长、产量、水肥利用效率、光合作用等的影响。研究结果表明，四因素对产量影响的主次顺序为挂果枝、灌水定额、施肥量、冠幅，对净光合速率影响的主次顺序为灌水定额、施肥量、冠幅、挂果枝，对水肥利用效率影响的主次效率为灌水定额、施肥量、挂果枝、冠幅；挂果枝、灌水定额、施肥量和冠幅对于枣树产量具有极显著作用，灌水定额、施肥量、冠幅对枣树净光合速率具有显著影响，灌水定额、施肥量、挂果枝对枣树水肥利用效率具有显著影响。在宁夏中部干旱带，压砂地枣树最适合的水、肥、冠幅和挂果枝的组合方式为灌水定额250 mm，施肥量110 kg/hm²，冠幅2.0 m，挂果枝60个，可获得产量3 485.02 kg/hm²，比对照组增加了67.0%。该研究成果可为压砂地枣林的管理提供数据支持。

为研究设施蔬菜土壤栽培中，基于辐射累积量的灌溉策略对番茄产量和品质的影响，以番茄‘圣尼斯313’为试材进行土壤栽培，选取设施农业光合有效辐射传感器采集试验区不同梯度辐射累积量，借助参考作物蒸腾蒸发量ET ₀，设计5种灌溉处理（在番茄开花坐果期和成熟期分别以70% ET ₀、85% ET ₀、100% ET ₀、115% ET ₀、130% ET ₀的水量在相同的灌溉频率下灌溉），分析番茄生长、产量、水分利用效率和果实品质，发掘辐射累积量与作物需水量、土壤水量平衡间的直接规律，提出基于辐射累积触发的设施蔬菜精量灌溉决策模型，实现设施蔬菜灌溉用水的精准预测。结果表明：设施番茄不覆膜条件下的土壤栽培模式，以115% ET ₀的灌溉量与辐射累积量的拟合模型进行灌溉，番茄的光合指标、产量、水分利用效率和产量的综合表现最优。因此，基于辐射累积量的灌溉策略简化了以往番茄用水量复杂的计算过程，且相较于温室娃娃和土壤水分传感器等传统物联网设备，光合有效辐射传感器成本更低、易布设，可用于设施番茄土壤栽培。

针对南疆库尔勒香梨水肥管理不当造成土壤盐分累积，进而导致产量和品质下降的问题，以省力密植栽培香梨为对象，设置3个灌溉水平[375 mm（W1）、525 mm（W2）、675 mm（W3）]和3个施氮水平[100 kg/hm²（N1）、200 kg/hm²（N2）、300 kg/hm²（N3）]，开展田间试验探究地下滴灌不同灌水施氮量对香梨园土壤盐分、氮素动态、产量和品质的影响。结果表明：灌水量和施氮量显著影响土壤盐分累积量（P<0.05）。适宜的灌水施肥量能够有效降低主根区（20~80 cm）土壤盐分，生育期末W2处理比W1和W3处理盐分累积量分别降低3.3 g/kg和1.0 g/kg，N2和N3处理分别比N1处理盐分累积量降低0.6 g/kg和1.2 g/kg。较高的灌水施氮量组合可提高果实单果重、产量和可溶性固形物含量分别达20.0%、19.6%和1.6%。综合考虑土壤环境、产量及品质，推荐省力密植香梨园生育期灌水量和施氮量为525 mm和200 kg/hm²。

为探寻滨海盐土稻田净化养殖尾水的方式。采用桶栽试验，设置灌溉模式和施用生物炭两种因素，分设浅水勤灌（I1）、浅淹灌溉（I2）和深淹灌溉（I3）3种水平，以及施用生物炭（B1）和不施用生物炭（B0）2种水平，共6个处理。灌水后连续3 d测定田面水中总氮（TN）、总磷（TP）和化学需氧量（COD）浓度。结果表明：①养殖尾水滞留稻田3 d后TN、TP和COD去除率达65.84%~71.10%、65.06%~70.66%和95.27~41%；②施用生物炭提升稻田净化尾水效果，TN、TP和CDO去除率分别提高11.45%~31.06%、10.35%~39.52%和27.29%~41.63%，去除量提高17.4%~22.9%、14.8%~19.8%和10.9%~16.9%；③在100 mm和150 mm淹水深度下，TN、TP和COD去除量提升90%~190%、90%~170%和80%~170%，单位面积的尾水处理量提高100%和200%；④返青期后灌水深度100~150 mm维持3 d不会降低水稻产量。研究表明，滨海盐土稻田可降低养殖尾水污染物浓度，且施用生物炭和增加灌溉水深提高净化效果，且未减少产量。研究为滨海盐土稻田净化养殖尾水提供了一种优化模式，即采用100~150 mm淹水深度并施用生物炭处理。

针对再生水灌溉下抗生素（环丙沙星）对生菜抗氧化性和生长的影响，采用生菜盆栽试验，设置再生水灌溉下4种环丙沙星[5（T1）、50（T2）、100（T3）、200（T4）mg/kg]浓度为处理组，再生水（T0）和地下水灌溉（CK）不加环丙沙星为对照组，对生菜鲜重、叶片叶绿素相对含量（SPAD）、叶片全氮含量、生菜地上部分和地下部分抗氧化酶活性[超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）]进行监测分析。结果表明，再生水灌溉可以显著增加生菜地上部分和地下部分鲜重，并对生菜叶片SPAD值和全氮含量具有显著促进作用，同时再生水灌溉对生菜地上和部分抗氧化酶SOD、POD和CAT活性均有一定促进作用。再生水灌溉下环丙沙星浓度的增加可显著抑制生菜鲜重，叶片SPAD值和全氮含量随环丙沙星浓度增加呈现先增加后减小的趋势。对于抗氧化酶活性而言，T1和T0处理之间地上和地下部分SOD、POD和CAT活性无显著差异，在定植第18 d时，地上和地下部分SOD和POD活性随环丙沙星浓度增加而增大，地上部分 CAT活性不同浓度之间无显著差异，地下部分随环丙沙星浓度增加而增大；在定植48 d时，地上和地下部分SOD随环丙沙星浓度增加而减小，CAT活性与SOD活性差异随环丙沙星浓度增加而增大。综上所述，再生水灌溉有助于生菜生长和抗氧化性提升，抗生素适当地累积有助于提升生菜生长，但高浓度环丙沙星下氧化酶活性过高，会扰乱正常的细胞信号，影响植物生长。为合理利用再生水灌溉提供了理论支持，同时对维持土壤-作物系统的健康具有重要指导意义。

降雨是稻田灌溉水的重要来源，其高效利用对缓解水资源压力、提高水资源利用效率至关重要，但南方水稻生育期降雨对灌溉需水和降雨利用的影响尚不明晰。基于1957-2020年江西鄱阳湖平原6个典型站点（庐山、武宁、景德镇、南昌、樟树、贵溪）逐日气象数据，构建水量平衡模型，分析18种水稻类型的水量平衡要素，定量评估降雨利用率和贡献率，并采用降雨集中度、集中期、基尼系数和洛伦兹不对称系数分析降雨分布特征。同时，应用Mann-Kendall检验趋势变化，Pearson相关系数计算指标间相关性。结果显示，早稻生育期内降雨充沛（681.0 mm），灌溉需求大部分可由降雨满足，降雨贡献率较高（73%），但因降雨集中期与需水高峰期不匹配，降雨利用率较低（48%）。中、晚稻降雨较少（472.2 mm和310.8 mm），但降雨利用率较高（61%和69%），降雨贡献率呈上升趋势。随着水稻生育期大雨及以上降水事件频发，中、晚稻可能面临降雨利用率进一步下降的风险。未来研究应依据降雨分布规律，制定智能灌溉策略，提升降雨的综合利用效率。

为解析洞庭湖区气象干旱时空特征，利用1961-2022年18个气象站点的逐日降水量资料，基于不同时间尺度计算标准化降水指数（SPI），并与历史干旱事件进行对比，进而获取最适用尺度的SPI来分析区域气象干旱特征。结果表明，3个月的SPI在识别历史干旱事件方面的吻合率达到91.67%，优于其他时间尺度，适合区域气象干旱监测。月尺度分析显示以1~3个月的短期干旱为主，7月的平均干旱频率最高（8.94%），干旱频发于中南部，西北部及中部的干旱历时和烈度大。季节尺度中，春季（0.084/10 a）呈干旱化趋势，夏季（-0.125/10 a）、冬季（-0.133/10 a）干旱化趋势降低，秋季（-0.004/10 a）干旱化趋势不显著。中部和北部春旱特征明显，夏旱影响范围较广，中部与东部秋旱频发，冬旱主要分布在西北部。年尺度上干旱化趋势减弱；1960年代干旱重心偏向东北，1970年代高值区向中西部转移，1980至1990年代干旱渐趋缓和，但西北部干旱特征依旧明显。21世纪初，干旱热点转向东南部，而2010年代中南部的干旱历时与烈度增大。研究结果可为区域防灾减灾、水资源管理以及农业生产提供重要信息支撑，并对干旱监测时间尺度的选取提供重要参考。